SACS海工计算软件

#土木常识

一、SACS的一般建模流程

  1. 设置模型单位及坐标原点
  2. 建立点、线、面几何模型
  3. 设置单元及板的Group、Section属性
  4. 各单元及板偏移设置
  5. 修正各杆件有效长度
  6. 施加设备及附属构件荷载
  7. 荷载工况组合
  8. 强度分析选项设定
  9. 校核重量重心,校对模型

1.0 设置模型单位及坐标原点

Pasted image 20230415211359.png
本处设置的是软件全局的单位,通常只用设置一次即可。
对于非第一次使用本软件,直接从步骤1开始即可。

1.1 建立点、线、面几何模型

对于复杂结构,如:

  • 导管架基础
  • 吸力筒导管架基础
    推荐采用建模器中导向功能进行建模

对于简单结构,如:

  • 单桩基础
  • 高桩承台基础
  • 三脚架基础
    可以自行创建点,由点连线,由线构面的方式创建模型

1.1.1 创建模型

在创建之前最好手动切换到工作目录下:
Pasted image 20230415224737.png
手动切换到工作目录即可。

创建模型:
Pasted image 20230415220610.png
另外两个选项就是字面意思。

然后会出现是手动设置模型(第一个)还是由向导设置(第二个)。
Pasted image 20230415212234.png

1.1.2 设置导管架基础的各项高程

这里以向导设置为例,第一个label是设置高程的界面:
Pasted image 20230415212714.png

从上到下分别为:

参数 含义
Working poing 桩顶高程,通常对桩顶处理后和上部结构进行连接
Pile connecting 为桩和主腿连接的标高,工艺流程通常为先打桩,然后通过灌浆将桩和主腿相连接
Water depth 静水面水深,为水面到泥面线之间的距离。在SACS中,Z轴坐标原点是以平均海平面为基准
Mudline 泥面线高程,通常为负的水深
Other Elevation 其他水平平面标高,可以为塔身各个分段的关键标高

1.1.3 导管架基础主腿设置

首先先再 Number of 中设置主腿数量:
Pasted image 20230415214907.png

对于四角腿:

可以选则是以 Workpoint 和四条主腿的斜度来定义主腿
Row Labels 中可以设定主腿的行列编号(参考右图)
Pasted image 20230415215100.png

Leg type 中可设置主腿和桩之间的连接方式,为灌浆和非灌浆:
Pasted image 20230415215349.png

点击 Leg Spacing at Working Point 定义四腿之间的间距(以顶端为准):
Pasted image 20230415215820.png

此时得到的坐标为此平面的几何中心:
Pasted image 20230415215837.png

定义四条主腿斜度:

对于三角腿:

此时点击 OK 即可进入模型界面。

如果此时需要修改引导中的参数,可以点击左上角
Pasted image 20230416095810.png
再次进入引导即可。

1.1.4 界面控件

1.1.4.1 基础功能区

Pasted image 20230415221410.png
Pasted image 20230415221349.png
从左至右依次为:

Pasted image 20230415221818.png
新建文件 | 打开模型 保存 另存为 复制选定区域到剪切板 打印

Pasted image 20230415221844.png
重新绘制界面 用鼠标滚轮放大缩小 平移 持续旋转 旋转 选区放大

Pasted image 20230415221917.png
缩放至填充视图 切换为实体图 全选视图内所有元素 | 生成报告 | 撤销 重做 关闭所有对话框(比如前面的报告)

关于 切换至实体图 按钮效果:
Pasted image 20230416121342.png
Pasted image 20230416121334.png

1.1.4.2 视角操作区

Pasted image 20230415223329.png

Pasted image 20230415222223.png
几个视图按钮 | 切换为等轴视图(通常用于立面切换为立体图)

1.1.4.3 标签显示

Pasted image 20230415223533.png

Pasted image 20230415222556.png
显示点线面ID的按钮x3 开关局部坐标系 | | 字号设置

1.1.4.4 构件设置

Pasted image 20230415223602.png

Pasted image 20230415222702.png
显示点线面

1.1.4.5 选取器

Pasted image 20230415223615.png
Pasted image 20230415222731.png
点拾取器 线拾取器 选择面 选择任意构件

1.1.5 保存模型

点击 保存另存为 按钮,注意选择:
Pasted image 20230415223913.png
只保存模型、只保存海况、我全都要。

1.1.6 绘制立面(Face)结构

立面为直立面,一般用于绘制X撑、K撑等。
先选定立面:
Display -> Face
Pasted image 20230415225153.png

比如这里选择 ROW A 立面:
Pasted image 20230415225416.png

1.1.6.1 绘制X撑

选择:
Member -> X Brace
Pasted image 20230415225527.png

Pasted image 20230415225619.png

参数 含义
Center joint X撑中心点名称
End joint of thru member 未被打断杆件的起始点(可在UI中单击选定点)
Other end of thru member 未被打断杆件的终止点
End ... of non-thru ... 被打断杆件的起始点
Other ... of non-thru ... 被打断杆件的终止点
Group of thru member 未被打断杆件的组(用于定义材料等)
... of non-thru ... 被打断杆件的组

例如我们要建下图:
Pasted image 20230415230141.png

未被打断杆件为右上到左下
被打断杆件为左上到右下

则如下选择:
Pasted image 20230415230642.png

建模结果如下:
Pasted image 20230415230731.png

点击 Display Active/Isometric 按钮即可回立体图
Pasted image 20230415231041.png

1.1.6 绘制水平撑(Plan)结构

Display -> Plan
Pasted image 20230415231305.png

选择指定高程平面(比如这里选定的是-79.5m的泥面线)
Pasted image 20230415231422.png

例如以建立下图为例
Pasted image 20230415231730.png

手动添加杆件:
Member -> Add
Pasted image 20230415232058.png

Pasted image 20230416094623.png
其中 Add immediately 勾选后不用每次点击 Apply

建框、分组(略):
Pasted image 20230415232255.png

然后要取断点:
Member -> Divide
Pasted image 20230415232425.png
从上到下依次为:

按钮 含义
Ratio 按比例分段
Length 按长度分段
Z/Y/X Coordinate 按坐标打断
Equal Parts 选择分成几份
Perpendicular 选择一点一线,做垂线打断
Intersection 交叉打断
Existing Joint 在存在的点的位置打断

Equal Parts:
Pasted image 20230416093827.png
上面两个框为选择两个点,在点中均分打断。
也可以直接选择直线进行打断

Length:
Pasted image 20230416094135.png
以某方向,一定长度打断单元

Perpendicular:
Pasted image 20230416094427.png
选择点和线即可做垂线打断

1.1.7 上部组块建模

Pasted image 20230416111357.png
点击 Add/Edit Deck Girder Data 选择高程
Pasted image 20230416111545.png
下面的 Add DKG 等是是否需要生成图中所示结构。
剩下的细节设置同1.1.6 绘制水平撑(Plan)结构,如果想要只显示上部组块,可以点击:
Display -> Volumes 设置显示区域:
Pasted image 20230416192020.png

Pasted image 20230416192056.png
在这里限制Z显示区域的最低值为上部组块的最低值即可:
Pasted image 20230416192123.png

1.2 添加板单元

Plate -> Add
Pasted image 20230416193914.png

Pasted image 20230416193954.png
类型中配置是三角形还是四边形,然后选择顶点配置Group即可。
效果:
Pasted image 20230416194056.png

1.3 设置单元及板的Group、Section属性

在前面章节中,已经对各个杆件设置了Group,接下来统一设置每个Group的弹性模量、密度、壁厚等属性即可。

1.3.1 设置杆件属性

Property -> Member Group
Pasted image 20230416113320.png

Pasted image 20230416113536.png
Undefined Groups 中为未定义的组,选中后点击 Add 即可。

Pasted image 20230416114440.png

Group type
Pasted image 20230416114628.png

选项 含义
General 标准型材
Tubular(OD&WT) 圆管,通过外直径和壁厚定义

| Tubular()

1.3.1.1 型钢库

单击小三角:
Pasted image 20230416192505.png

进入型材库:
Pasted image 20230416192531.png

可以筛选型钢类型:
Pasted image 20230416192604.png

类型 含义
Tubular 圆管
Wide Flange
Compact Wide Flange 工字钢

Pasted image 20230416192823.png
选中后可以看到工字钢的参数是否正确,也可以选定后在 Edit 中具体配置截面:
Pasted image 20230416192916.png

也可以在这个中间更改截面类型:
Pasted image 20230416193353.png

1.3.1.2 配置圆管

这里先选择 Tubular(OD&WT)
Pasted image 20230416115314.png

基本参数(需要注意单位和量纲) 含义
E 弹性模量
G 剪切模量
Fy 屈服强度
Density 密度
Segment lenght 分段长度,一般填写加厚段长度
Flooded member 是否受到水流冲击

如果圆管需要分段(如需要分为加厚段+普通段),则需要从杆件的Joint A依次增加分段以确定分段顺序。一般需要多个定义了 Segment length 的段+一个未定义的段即可完全定义一根杆件。

在该窗口的 Segment 的 group box 中即可选定和查看各段信息。
Pasted image 20230416121036.png

设置完成后,点击 切换至实体图 按钮即可预览效果

关于 切换至实体图 按钮效果:
Pasted image 20230416121342.png
Pasted image 20230416121334.png

若想修改现存构件的Group,点击 Member -> Member Properties 然后选中编辑即可
Pasted image 20230416185640.png

按需设计即可得图纸:
Pasted image 20230416193536.png

1.3.2 设置板件

Property -> Plate Group
Pasted image 20230416194225.png

然后在对话框中直接设置即可:
Pasted image 20230416194415.png
Pasted image 20230416194359.png

在这一步完成后,该模型可以称作为未修正的几何模型,通常还需要在其上进行偏移、关节点有效长度(由于压杆稳定等)设置等。

1.4 各单元及板偏移设置

比如规范中规定的安装间距,以及实际安装方法等。

1.4.1 偏移各杆件

Joint -> Automatic Design
Pasted image 20230416204814.png

Pasted image 20230416204852.png

Part of structure to include 为需要做offset的节点的范围
Pasted image 20230417111022.png
Active 为当前所显示的节点
All 为全部节点
Include select jointsExclude selected joints 字面意思

Offset braces to outside of chord 为将撑杆偏移到竹竿外侧,一般勾选

此时会有三个选项:
Pasted image 20230417112751.png

选项 含义
None 不作操作
Move brace 移动撑杆以满足间距要求
Increase chord 增加主杆直径以满足要求

Pasted image 20230417113027.png

一般选择移动撑杆。
Pasted image 20230417113425.png
Gap 按规范设定即可。

Pasted image 20230417113509.png
Tab Can/Chord 主要对加厚段长度进行设置
Update segmented groups can lengths 更新各分段加厚段长度,勾选
Increase joint can lengths only 为只增加不减少加厚段长度,勾选

设置完 Apply 即可
Pasted image 20230417114011.png
Pasted image 20230417114030.png

此时再点击对应杆件的加厚段长度,会发现已经被更改且不是整数
Pasted image 20230417114337.png
在实际工程中向上取整即可。

1.4.2 偏移工字钢

软件自动生成的工字钢,其设计高程是和其中心重合的。
但是实际工程中通常是将翼缘高程安装到设计高程。
所以需要将上翼缘偏移到设计高程。
Pasted image 20230417114848.png

Display -> Plan 选择要操作的层

添加Offset:
Member -> Offsets
Pasted image 20230417154012.png

点击 Screen 即可选中屏幕中所有构件,按住 Ctrl 可以选中或取消选中。
Offset type 中可以选定偏移类型:
Pasted image 20230417154547.png

选项 含义
Global 整体坐标系
Local 杆件局部坐标系
Top of steel 钢材顶点

一般选定钢材定点和设计高度对齐,选中 Top of steel 然后 Apply 即可。
此时即可对齐:
Pasted image 20230417154835.png

1.4.3 梁柱节点偏移设置

在经过上一章节的设置之后,上翼缘已经和设计平面重合。
但是此时型钢仍然是插在管件中的,如图所示:
Pasted image 20230417155333.png

Member -> Offsets 选中要操作的杆件,此时可以看到我们杆件两端是有 Z Offset 的,是上一步的上翼缘偏移的结果。
Pasted image 20230417155506.png

此时若点击 Joint A 的文本框使其激活,则会发现右侧 Joint A 处多了一个小红圈
Pasted image 20230417155613.png
然后手动偏移圆管半径即可。
Pasted image 20230417155843.png

1.4.4 板单元偏移设置

例如防沉板实际上应该是在主结构下部,但是软件设计时是设计到最下层的管轴线上的。
Plate -> Offsets
按住 Ctrl 多选,然后 Offset type 选择 Global
由于是三角板,故需要同时设置三个节点的偏移:
Pasted image 20230417160825.png

Apply 即可
Pasted image 20230417160904.png

也可以在 Plate -> Plate Properties 中对Group集体设置偏移量
Pasted image 20230417160951.png

1.4.5 斜拉筋节点偏移设置

Member -> Offsets 里面直接按需求设置

1.5 修正各杆件的有效长度

在SACS中,每个杆件都有其局部坐标系,其 x轴 指向杆件末端, z轴 为垂直于 x轴 的平面中与整体坐标系的 z轴 最为接近的方向(也就是尽可能的朝上,和整体系的 z轴 平行),然后由右手螺旋法则确定 y轴
此时杆件可能会沿 y轴z轴 弯曲失稳,故需要做两个方向的有效长度修正

可以点击该按钮开关局部坐标系显示:
Pasted image 20230417172221.png

1.5.1 操作步骤

在进行本操作之前需要先设置各个杆件的 Offset
Property -> K Factor 中可以进行有效长度的修正
Pasted image 20230417172349.png

然后分别点击 KyKz 进行修正。
Pasted image 20230417172507.png
Frist jointSecond joint 中选定两个点来选取杆件的两个端点(不知道是干什么的)
然后点击选取杆件。
然后在 Kz 中指定系数。
然后在 Member -> Member Properties 中就可以查看设置好的系数
Pasted image 20230417172929.png

到此为止,可以称当前模型为已修正的几何模型。

1.6 施加载荷

在实际工程中,比如电气设备等的载荷在软件中模拟较为麻烦,直接改为载荷即可。

SACS 中,荷载可以分为:

  1. Surface Weight
  2. Footprint Weight
  3. Member Weight
  4. Joint Weight
    上述荷载均为非结构荷载,即排除自重的额外荷载。

1.6.1 Surface荷载

1.6.1.1 定义Surface

施加荷载必须先定义 Surface ,
Weight -> Surface Definition
Pasted image 20230418194152.png
然后赋 Surface ID ,选三个点,注意:
1st JointSurface 局部坐标系的原点
2nd JointSurface 局部坐标系的 x轴 方向
3rd JointSurface 局部坐标系的 y轴 方向

Tolerance 为容许误差,不知道是干什么的反正尽量填大一点
Load distribution 为荷载分布沿单元的方向,没看懂,应该是分布在沿 x轴 还是 y轴 方向的单元上?
Boundary jointsSurface 的边界,边界内均有荷载,一般选外边界,按 Ctrl 多选即可。

1.6.1.2 Surface上定义荷载

Weight -> Surface Weight
Pasted image 20230418195733.png
然后填写 Weight groupWeight IDPressureDensity 等,将左侧 Defined Surface IDs 中的组添加到右侧 Included Surface IDsApply 即可。

若要分别定义多组Surface,Apply 后取消选中设置好的 Surface,再走一遍流程就行

建议将同一个平面的多种不同荷载多次分别定义,如恒荷载和活荷载要分开定义。

1.6.2 Footprint荷载

Weight -> Footprint Weight
Pasted image 20230418201100.png
注意 Footprint Center 是以 SACS 坐标系为准的坐标(么?视频里原点是该截面的四条主腿的几何中心啊?)
Weight LoactionFootprint Weight 的重心,例如对于方块型设备,其重心高度上通常为其本身高度的一般,故 Footprint Weight -> Z 填写二分之一高度即可。

Pasted image 20230418202244.png
Footprint type 为荷载受力施加于结构的类型,

选项 含义
Skid 分布到梁交叉节点上
Area 为分布到面内所有的梁上

通常选 Skid

然后 Footprint Size 为荷载施加的长和宽
Pasted image 20230418202308.png

然后设置分布数量,填2和2即可:
Pasted image 20230418202659.png

然后弹出 Sum 窗口,检查后 Keep 即可。
Pasted image 20230418202638.png

1.6.3 添加线载荷

比如人行走道,栏杆等可以以线载荷的方式施加。

Weight -> Member Weight
Pasted image 20230418205031.png
然后按住 Ctrl 多选即可,然后赋 Weight groupWeight ID ,然后在 Weight category 中选择是分布于整个杆件上还是集中于杆件一点(通常为分布型)

1.6.3.1 分布型

Pasted image 20230418205229.png

然后在起点和重点设置线载荷大小:
Pasted image 20230418205326.png

Apply -> Keep 即可。
Pasted image 20230418205409.png

1.6.3.2 集中型

Pasted image 20230418210325.png

参数 含义
Concentrated weight 集中力大小
Distance to concentrated weight 集中点距杆件起始点的距离
Include buoyancy and wave load 是否考虑浮力和波浪载荷,要看波浪是否可以冲击到
Density 在考虑浮力时,填入密度,通过荷载反推体积来算浮力

其中,有些结构需要平放运输,直立安装后再安装设备,故通常设备等载荷不勾选 Include buoyancy and wave load , 但是吊点(pad eye)等需要勾选。

Distance to concentrated weight0m
Pasted image 20230418210314.png

Distance to concentrated weight1.5m 时(此时杆件长为3m)
Pasted image 20230418210200.png

1.6.4 添加点载荷

比如吊机、吊点(pad eye)等可以以点载荷方式施加。
Weight -> Joint Weight
Pasted image 20230418205734.png

选点,赋 GroupID ,赋值, Apply -> Keep 即可。
Pasted image 20230418205700.png

1.6.5 阳极块(Anode)载荷配置

Weight -> Anode Weight
Pasted image 20230418211611.png

参数 含义
Anode weight 单个阳极块重量
anodes per 每个杆件上有几个阳极块
Include buoyancy and wave load 是否考虑阳极块浮力和波浪载荷
Density 同1.6.4

然后多选单元, Apply
Pasted image 20230418212027.png

1.7 将Weight转为Load

章节1.6中只是定义了Weight,在计算时需要将Weight转化为Load

先在 Weight -> Center of roll 中定义一个旋转中心,一般定义为坐标原点(相当于SACS是以考虑整体运动来计算运动和静止两种情况下的荷载,下面加速度只在z轴设置了一个1.0G就是只考虑静止时的荷载)
Pasted image 20230418213841.png

然后去 Environment -> Weight 中,勾选 Include Weight groupAcceleration

Acceleration 中的Z中填写 1.0 即可,不要忘记填写 Center ID
Pasted image 20230418214321.png
Do NOT include sturctural weight for this acceleration 为只考虑额外荷载而不考虑结构本身,一般勾选。

然后在 Include Weight group 中勾选所需要包含的Group
Pasted image 20230418214553.png
Apply

然后在

1.8 环境荷载

比如风浪流、海生物吸附等。

1.8.1 定义Cd、Cm

Environment -> Drag/Mass Coefficient 配置 CdCm 系数
Pasted image 20230419114929.png
Table type 选用户自定义( User defined )
Label Clean 为光滑结构, Fouled 为海生物附着后的粗糙结构,
取消勾选 Use clean values for fouled members 即可设置粗糙结构

1.8.2 定义海生物

1.8.2.1 统一定义

Environment -> Marine Growth
Pasted image 20230419115821.png
Mudline elevation override 可以重定义泥面高度,一般填写泥面高度即可
BottomTop 定义范围,高程从泥面开始计算, Thickness 为海生物厚度

示例如下:
Pasted image 20230419120234.png

1.8.2.2 单独修正单一杆件的海生物荷载

比如可以单独修正某一条主腿的海生物荷载
Environment -> Member Group -> Global
Pasted image 20230419144632.png
多选左侧 Groups With No Overrides ,然后在 Coefficients 输入Cd Cm即可
Pasted image 20230419144912.png

1.9 风浪流载荷

Environment -> Seastate
Pasted image 20230419145712.png
注意是 Loading 里面的 Seastate
Pasted image 20230419145806.png
赋名荷载条件 Load condition

需要定义哪几种载荷就要勾选哪几个
Pasted image 20230419145837.png

1.9.1 定义波浪载荷(Wave)

勾选 Wave
Pasted image 20230419145927.png
在Tab Wave I 中的 Wave type 中有如下图所示类型的波浪(主要是选择波浪理论)
Pasted image 20230419150017.png

选项 含义
Airy 艾里波
Stokes 斯托克斯波
Steam 流函数
Cnoidal 椭圆余弦波

后面的我也看不懂了..

然后输入波浪要素即可。

Tab Wave II 中设置多少个相位角计算一次载荷,因为每个相位角对结构的力是不一样的。
Critical position 中选择最大基地剪应力 Max base shear 为指标
然后选择是否需要覆盖原来的水深和泥面线,在实际工程中通常结合高潮位和低潮位来设置
Pasted image 20230419152412.png

1.9.2 定义风载荷(Wind)

勾选 Wind
Pasted image 20230419152606.png

一般通过定义风速来计算风载荷,勾选 Velocity 填写数值。
Reference height 为参考高度,一般默认为 10m
Wind height variation 中可以选择对应规范
Pasted image 20230419152840.png

Wind (deg) 角度一般为
参考值:
Pasted image 20230419153032.png

Wind II 中设置风面( Wind Area ),一般用于闭合结构,不设置则默认为杆件受风。

1.9.3 定义流载荷(Current)

勾选 Current
Pasted image 20230419153523.png
在Tab Curr I 中的 Mudline elevation override 中选择是否需要重新定义泥面线
然后在 Current Table 中定义流速, Distance 为泥面线开始向上
Pasted image 20230419153753.png
定义两层然后软件就会算出中间的流速(怀疑默认均匀分布)
Pasted image 20230419154002.png

在Tab Curr IIBlocking factor option 为遮蔽系数,即水流前方构件对水流后方构件的水流遮蔽作用
Pasted image 20230419154201.png

1.9.4 定义浮力(Dead load)

勾选 Dead load
Pasted image 20230419154301.png
Pasted image 20230419154324.png
Buoyancy method 为浮力的计算方法
Pasted image 20230419154417.png

Direction of gravity 为重力的计算方向
Include the buoyance below the mudline 为是否要包括泥面以下的浮力

1.10 荷载工况组合

Load -> Combine
Pasted image 20230419161158.png

定义组合名,添加载荷,设置系数即可。
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1.11 分析选项设置

Option -> Load Condition Selection